銅與濃、稀硝酸反應的微型實驗

摘 要：本文簡要介紹利用微型實驗技術對銅與濃、稀硝酸進行的實驗。該法操作簡單，現象明顯，試劑用量少，對環境污染小，適合于課堂教學。

關鍵詞：銅;濃硝酸;稀硝酸;綠色化學;微型實驗

綠色化學又稱環境友好化學或清潔化學，是從源頭上防止污染產物或把化學過程對環境的負面影響降到最低程度的化學。化學實驗的綠色化就是以綠色化學的理念和原則來指導實驗工作，使實驗室的“三廢”排放降到最低程度并能得到妥善的處理。從而使實驗室的安全性和環境質量得到提升，讓師生的綠色化學和環保意識也得到強化。

微型實驗是使用微型實驗儀器，用盡可能少的試劑來獲得明顯的反應效果和化學信息的一種實驗方法。雖然它的化學試劑用量一般只為常規實驗用量的幾十分之一乃至幾百分之一，但是其效果可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環境污染等目的。

在常規實驗中，經常涉及有氣體參加或生成的反應。在一些有毒性氣體的制備和性質實驗中，常規實驗會對環境造成嚴重污染，不利于師生的身體健康，也不符合化學實驗綠色化的要求。如果采用微型實驗，實驗儀器的微型化以及試劑用量的微量化，實驗所產生的廢水、廢氣、廢渣等污染物的排放量會大大減少，尾氣、尾料和廢棄物的處理也更加容易，從而能減少對環境的污染，更加有益于師生的身心健康。

在高中化學課本中[1]，用試管做銅與濃、稀硝酸的實驗[2]使用的藥品量大，產生的有毒有害氣體氮的氧化物的量也大，僅僅用常規的尾氣吸收裝置進行尾氣吸收，通常難以將多余的氣體充分地吸收，也很難避免這些氣體的外泄，從而危及師生的身體健康，還會造成環境污染。而且生成的一氧化氮會立即與試管中的氧氣反應，使學生很難觀察到一氧化氮是無色氣體。針對以上不足，筆者運用微型實驗的方法對該實驗進行了改進，效果明顯，因為藥品用量小，產生的有毒氣體量也少，且不會有氣體出避免了污染環境。

一、實驗設計

相關的反應方程式：

Cu + 4 HNO3 （濃） = "Cu（NO3）2+2 NO2 ↑ + 2 H2O

3 Cu + 8 HNO3 （稀） = 3 Cu（NO3）2+2 NO ↑ + 4 H2O

2 NO + 2 O2 "= "2 NO2

二、實驗部分

1.儀器和試劑

儀器：注射劑瓶（10mL），注射器（5mL），小燒杯，酒精燈，三腳架，石棉網。

試劑：銅絲，稀硝酸，碳酸鈣。

2.實驗操作及現象

（1）銅與濃硝酸的反應：取一根銅絲通過膠冒插入到注射劑瓶口內，用注射器抽取2mL濃硝酸通過膠冒推入到注射劑瓶中。將銅絲推入到濃硝酸的溶液中后反應劇烈，銅絲很快溶解;放出了紅棕色氣體;溶液為綠色。稍后加水稀釋或放一段時間后溶液變藍。

（2）銅與稀硝酸的反應：①取約0.05克碳酸鈣放入注射劑瓶中蓋好膠冒;②取一根銅絲通過膠冒插入到注射劑瓶口內;③將稀硝酸加入小燒杯，在酒精燈上稍微加熱;④用注射器抽取2mL稀硝酸通過膠冒推入到注射劑瓶中。稀硝酸與碳酸鈣反應生成的二氧化碳氣體排盡注射劑瓶中的氧氣，同時注射器的活塞逐漸向外移動，直到碳酸鈣完全反應完;⑤將銅絲推入到稀硝酸的溶液中，隨著反應的進行，可觀察到注射器的活塞繼續逐漸向外移動，注射器內氣體由無色慢慢變成紅棕色，證明注射劑瓶內生成的氣體為一氧化氮;⑥將銅絲從稀硝酸溶液中抽出，停止反應;⑦將注射器內的氣體注入到30%的氫氧化鈉溶液中，防止污染空氣。

銅與稀硝酸反應裝置圖

三、結論

該實驗設計簡單，操作方便，巧妙地利用了碳酸鈣與稀硝酸反應產生二氧化碳來排除注射劑瓶中的空氣，防止了氧氣對一氧化氮的影響，不僅能清晰地觀察到無色一氧化氮氣體，而且能觀察到一氧化氮氣體接觸空氣被氧化為紅棕色二氧化氮氣體的過程。整個實驗在一個封閉體系中進行，完全有效地避免二氧化氮氣體污染空氣，有利于對學生進行環保教育。這套裝置可隨關隨停，隨開隨用，可以控制生成的氣體量，把銅絲插入稀硝酸就反應，提起就會停止，現象明顯，成功率高，安全可靠，設計精巧，能激發學生的學習興趣，培養學生的創新思維。

參考文獻：

[1]人民教育出版社課程教材研究所化學課程教材研究中心編著.普通高中課程標準實驗教科書（化學必修1）[M].北京：人民教育出版社，2007：97—102.

[2]林肅浩，陸燕海.高中化學實驗疑難問題探究[M].杭州：浙江大學出版社，2013：34—35.

（作者單位：內蒙古自治區通遼市蒙古族中學）